| Ana Sayfa  | Özgeçmiş | Çalışmalar | Dersler | Ders Programı | Simülasyonlar  | Diğer | İletişim |

Kopolimerizasyon Eşitliği ve Mol Tartisi

S o r u

Monomer kütlesine göre ağırlıkça yüzde benzoil peroksit başlatıcısı içeren stiren ve \rm \alpha-metil stiren monomerleri hekzan çözgeninde polimerleştirilmektedir. g stiren-metilstiren karışımından g. polimer elde edilmiştir. Başlatıcının verimle çalıştığını, ve zincir sonlanmasının % ve % 40 orantısız sonlanma ile meydana geldiğini düşünerek;
(a). kopolimer bileşimini hesaplayınız.
(b). polimerizasyon derecesini hesaplayınız.
NOT1 : Hekzanda çözünmüş monomerlerin konsantrasyonları mol \rm L^{-1} dir.
NOT2 : Polimerizasyon boyunca monomerlerin tükenme oranlarının reaksiyonun başındaki ile aynı olduğunu varsayınız.
NOT3 : Monomerlerin reaktiflik oranları \rm r_{stiren} = 2.3 \; r_{ \alpha-metilstiren} = 0.38
NOT4 : Mol tartıları \rm C_6H_5CH=CH_2 : 104 \; g \; mol^{-1}, \rm H_3CC_6H_4CH=CH_2 : 118 \; g. \; mol^{-1} \rm BPO (C_6H_5CO)O_2 : 242 \; g. mol^{-1}.

H e s a p l a m a l a r

(a). Kopolimerizasyon Eşitliği ;

\rm { d[M]_{ stiren }\over d[M]_{ \alpha-metil stiren } } = { [M]_{ stiren }\over [M]_{ \alpha-metil stiren } } \Big( { r_{ stiren } [M]_{stiren} \; + \; [M]_{ \alpha-metil stiren } \over [M]_{ stiren } \; + \; r_{ \alpha-metil stiren } [M]_{ \alpha-metil stiren }} \Big) \qquad \qquad (I)

eşitlikteki \rm { d[M]_{ stiren }\over d[M]_{ \alpha-metil stiren } } oluşan polimer içindeki monomerlerin konsantrasyon oranlarını, eşitliğin sol tarafındaki \rm { [M]_{ stiren }\over [M]_{ \alpha-metil stiren } } terimi ise çözelti ortamındaki monomerlerin konsantrasyon oranlarını göstermektedir. Elbette reaksiyonun ilerlemesi ile ortamdaki oran değişecektir. Ancak soruda bu değişime dikkat edilmemesi istenmiştir. Zamanla nasıl bir değişimin olacağını görmek için simülasyonunu kullanabilirsiniz.

Eşitlik (I) deki polimer içindeki monomer konsantrasyonlar için \rm [M]= { n \over V } ve \rm [M]= { m \over M V } dönüşümü yapılırsa;

\rm { d(m_{ stiren }) M_{ \alpha-metil stiren } \over d(m_{ \alpha-metil stiren }) M_{ stiren } } = { [M]_{ stiren } \over [M]_{ \alpha-metil stiren } } \Big( { r_{ stiren } [M]_{stiren} \; + \; [M]_{ \alpha-metil stiren } \over [M]_{ stiren } \; + \; r_{ \alpha-metil stiren } [M]_{ \alpha-metil stiren }} \Big) \qquad \qquad (II)
\rm { d(m_{ stiren }) \over d(m_{ \alpha-metil stiren }) } = { [M]_{ stiren } M_{ stiren } \over [M]_{ \alpha-metil stiren } M_{ \alpha-metil stiren } } \Big( { r_{ stiren } [M]_{stiren} \; + \; [M]_{ \alpha-metil stiren } \over [M]_{ stiren } \; + \; r_{ \alpha-metil stiren } [M]_{ \alpha-metil stiren }} \Big) \qquad \qquad (III)

eşitliği elde edilebilir. Burada \rm { d(m_{ stiren }) \over d(m_{ \alpha-metil stiren }) } polimer içindeki maddelerin kütle oranlarını gösterecektir. Bilinen büyüklükler yerine konulursa bu oran

\rm { d(m_{ stiren }) \over d(m_{ \alpha-metil stiren }) } = { ( 7 \; mol \; L.) (104 \; g \; mol^{-1} ) \over ( 7 \; mol \; L.) ( 118 \; g \; mol^{-1} ) } \Big( { (2.3) ( 7 \; mol \; L.^{-1} ) \; + \; ( 7 \; mol \; L.^{-1} ) \over ( 7 \; mol \; L.^{-1} ) \; + \; (0.38) ( 7 \; mol \; L.^{-1} )} \Big)
\rm { d(m_{ stiren }) \over d(m_{ \alpha-metil stiren }) } = 2.108

olarak elde edilebilir. Bunun anlamı ortamda kullanılan ve polimer içinde yer alan 2.108 g. stiren için 1.0 g. \rm \alpha-metil stiren kullanıldığı anlaşılır. Başka bir deyişle; ortamdaki \rm { 2.108 \; g. \over 104\; g. \; mol^{-1}} = 0.0203 mol stiren tüketilirken \rm { 1.0 \; g. \over 118\; g. \; mol^{-1}} = 0.0085 mol \rm \alpha-metil stiren tüketilmiş demektir. Tekrarlanan birimler içindeki stirenin mol kesri;
\rm \chi _{stiren} ={ 0.0203 \;mol \over 0.0203 \; mol +0.0085 \; mol} = 0.7049
\rm \alpha -metil stirenin mol kesri ;
\rm \chi _{\alpha -metil \; stiren} ={ 0.0085 \;mol \over 0.0203 \; mol +0.0085 \; mol} = 0.2951
olarak da hesaplanabilir.

Polimerin tekrarlanan birimi mol sayılarına bağlı olarak

\rm -[-(C_6H_5CHCH_2)_{ 0.0203 } (H_3CC_6H_4CHCH_2)_{ 0.0085} -]_n-

Şekil 1 : Tekrarlanan birimdeki monomer mol oranları.

olarak yazılabilir.

(b). Reaksiyon için kullanılan benzoil peroksit (BPO) başlatıcıları üzerinde oluşan radikallerin mol sayısı;

\rm [I^*]=( 100 \; g \; monomer) \Big( { 0.8 \; g. \; BPO \over 100 \;g. \; monomer } \Big) \Big( { 1.0 \; mol \; BPO \over 242 \;g. \; BPO } \Big) \Big( { 80 \; mol \; BPO \over 100 \; mol \; BPO } \Big) \Big( { 2 \; mol \; I^* \over 1 \; mol \; BPO } \Big)
\rm [I^*]= 5.290 \times 10^{ -3} \; mol \; I^*

Şekil 1 deki mol oranları dikkate alınarak; tekrarlanan birim içindeki stiren ve \rm \alpha-metil stiren kütleleri

\rm m_{stiren} = (0.0203 \; mol. )\Big( { 104 \; stiren \over 1.0 \; mol \; stiren} \Big) = 2.1112 \; g.
\rm m_{stiren} = (0.0085 \; mol. )\Big( { 118 \; \alpha -metil \; stiren \over 1.0 \; mol \; \alpha -metil \; stiren} \Big) = 0.884 \; g.

olarak bulunabilir. Buna göre oluşan polimer ( 80 g. ) için kullanılan monomer mol sayıları

\rm n_{ stiren } = (80 \; g. \; polimer) \Big( { 2.1112 \; g. stiren \over 2.1112 \; g. stiren + 0.884 \; g. \; \alpha -metil \; stiren } \Big) \Big( { 1.0 \; mol stiren \over 104 \; g. \; mol^{-1} } \Big) = 0.5422 \; mol \; stiren
\rm n_{ \alpha -metil \; stiren } = (80 \; g. \; polimer) \Big( { 0.884 \; g. \; \alpha -metil \; stiren \over 2.1112 \; g. stiren + 0.884 \; g. \; \alpha -metil \; stiren } \Big) \Big( { 1.0 \; mol stiren \over 118 \; g. \; mol^{-1} } \Big) = 0.2001 \; mol \; \alpha -metil \; stiren

olarak hesaplanabilir. Buna göre reaksiyon için kinetik zincir uzunluğu; başlatıcı başına düşen monomer sayısı olduğundan;

\rm \nu= { 0.5422 \; mol \; stiren + 0.2001 \; mol \; \alpha -metil \; stiren \over 5.290 \times 10^{ -3 } \;mol \; I^* } = 140

olarak hesaplanabilir. Aslında çözücüye zincir transferi, başlatıcıya zincir transferi ve monomere zincir transferi nedeni ile değerin daha düşük olması gerekir. Ancak soruda böyle bir bilgi verilmediğinden zincir transferleri dikkate alınmamıştır.

Polimerizasyon derecesi birleşme ile sonlanmada \rm 2 \nu ve orantısız sonlanmada \rm \nu olduğundan bu polimerizasyon reaksiyonunda birleşme ile sonlanma % 60 ve orantısız sonlanma % 40 olduğundan; Polimerizasyon derecesi

\rm \overline{DP}_n = (Birleşme \; ile \;sonlanma \; yüzdesi)(2 \nu) + (orantısız \; \;sonlanma \; yüzdesi)( \nu)
\rm \overline{DP}_n = ({ 60 \over 100 })(2)(140) + ( { 40 \over 100 } )( 140) = 224

olarak bulunur.